8--金属基复合材料的制备与加工

第8章金属基复合材料的制备与加工,8.1复合材料基础,1.复合材料的概念与定义,常规材料的优缺点：,定义：采用物理或化学的方法，使两种或两种以上的材料在相态（如连续相：基体；不连续体：增强相）以性能相互独立的形式下共存于一体之中，以达到提高材料的某些性能，或互补其缺点，或获得新的性能（或功能）的目的。,金属材料的优点：优良的延展性和可加工性。缺点：强度相对低，耐热、耐磨、耐蚀性差，如铝；陶瓷材料的优点：强度高、耐热、耐磨、耐蚀性好，缺点：很脆，加工性能差。复合后利用两者的优势互补，提高性能。,2.复合材料的分类与命名,1分类,按用途分为结构材料（用于制造受力构件的复合材料）和功能材料（具有各种特殊性能，如阻尼、导电、导磁、换能、摩擦、屏蔽等）两类。按复合材料各成分在材料集散情况，分为三类：分散（掺和）强化型复合材料、层状（结合型）复合材料、梯度（功能型）复合材料。按基体材料类型分：金属基复合材料（MMC）（如铝基复合材料、钛基复合材料等）；聚合物基复合材料（PMC）；陶瓷基复合材料（CMC）按增强原理分为弥散增强型复合材料、晶须增强型复合材料、纤维增强型复合材料。,按基体分类,按增强体分类,按分散状态分类,3.金属基复合材料,金属基复合材料具有高强度、高模量、低膨胀系数，能耐300-500或更高的温度。但造价高、密度大、制备工艺复杂，存在界面反应等缺点。,纤维增强型颗粒和晶须增强型交替叠层型共晶定向凝固,（1）基体,铝、镁、钛及其合金。,（2）增强体,8.2金属基复合材料制备与加工,8.2.1粉末冶金复合法,1.工艺过程,原料：基体金属与强化颗粒均为粉料，且越细越好，但必须大于1微米，否则易聚难分散；混合：球磨机混合法；压粉（压密）：相当于成形工艺；脱气：为除去粉末、颗粒表面水分与吸附气体，防止烧结后材料内部气孔（相当于干燥）；压粉坯的致密化：冷等静压、挤压法；烧结（固化）：常压、热压、真空热压、热等静压、热塑性变形烧结；塑性加工：赋予材料一定形状（热加工温度下变形）。,适合于分散强化型复合材料（颗粒或纤维强化型）,可以自由选择基体金属材料，因为该法在固态下复合，基体与强化相不易反应；可以自由选择强化颗粒种类、尺寸，且强化颗粒添加量范围广；与铸造法相比，较易实现强化颗粒的均匀分散（微颗粒除外）。,1优点：,2.粉末冶金复合法的特点,工艺较复杂，成本高；固化方法采用烧结、热压、挤压等方法；除采用原生复合法外，微细颗粒均匀分散较困难；强化颗粒表面污染不易除去，使基体与颗粒界面不如铸造法。,2缺点,8.2.2液态金属浸润法(Moltenmetalinfiltration)-铸造复合法,（1）常压铸造法(conventionalcasting),（2）液体金属搅拌法(Moltenmetalstirring),（3）真空加压铸造法(Vacuumpressurecasting),（4）挤压铸造法（squeezecasting）,（1）预制坯体制造,（2）挤压铸造,（5）连续铸造法,8.2.3喷雾共沉积法（sprayco-deposition）,8.2.4热浸镀与反向凝固法,8.2.5扩散粘结法（diffusionbonding）,扩散粘结法要点是金属基体为固态，与增强材料的复合是在不大的塑性变形情况下，靠较长时间、较高温度和压力，使组成材料之间接触界面原子间相互扩散粘结而成。制造时先把增强纤维用不同的方法如等离子喷涂法、液态金属浸渍法、化学涂覆法等制成预制品,热压法（HotPressing)热等静压法（hotisostaticpressing）热轧法（hotrolling）,8.2.6轧制复合法,1.粉末轧制法,2.块（带